En nombre d’habitants, la région représente 4,4 % de la population métropolitaine ce qui la positionne au 11e rang des nouvelles régions, derrière la Bretagne. Cinquième par sa superficie, la région Bourgogne-Franche-Comté possède un territoire de taille comparable à celui de pays tels que la Suisse ou la Slovaquie. Elle se caractérise toutefois par une densité faible de 59 habitants au km². Dans cet ensemble, seules 25 communes comptent plus de 10.000 habitants, rassemblant près de 27 % de la population totale de la région. Parmi elles, deux communes comptent plus de 100.000 habitants : Dijon, qui avec ses 152.100 habitants est la plus peuplée, et plus à l’est, Besançon, avec 116.400 habitants.

Le territoire se caractérise par une armature urbaine concentrée autour des villes de Dijon et Besançon sur les axes Rhin-Rhône et à la frontière suisse avec une moitié Est globalement plus dynamique. La majorité des communes de 10.000 habitants et plus est localisée sur l’axe Rhin-Rhône. Elles dessinent, avec leur couronne périurbaine, les espaces densément peuplés. La proximité de la Suisse, très attractive par les emplois offerts, joue un rôle structurant. La bande frontalière, bien que située en zone montagneuse, est ainsi l’un des espaces dont la densité de population progresse le plus ces dernières années. L’axe Rhin-Rhône est ainsi marqué par des aires urbaines en croissance, c’est notamment le cas pour les aires urbaines de Beaune, Mâcon, Besançon, Dijon, Dole, Lons-le-Saunier, Belfort ou encore Chalon-sur-Saône. La partie ouest est constituée de zones moins denses et moins dynamiques du point de vue démographique.

Située au carrefour de trois pôles à forte attractivité (Paris et l’Île-de-France, l’agglomération de Lyon et l’axe du Rhin de Bâle à Strasbourg), la région Bourgogne-Franche-Comté occupe une place centrale en France mais également en Europe avec ses 230 km de frontières avec la Suisse et sa proximité avec l’Allemagne et l’Italie. Elle est en définitive un passage obligé des mouvements humains et économiques et constitue un nœud de communication routier, ferroviaire et fluvial, au cœur de l'Europe, apte à favoriser les transits nationaux et européens.

La région offre par ailleurs une grande variété d’ensembles topographiques et de paysages naturels. Les principaux massifs marquant le paysage sont les Vosges au nord-est, le Jura à l'est et le Morvan à l'ouest. Les trois principaux sommets sont le Crêt Pela à 1.495 m dans le Jura, le mont d'Or culminant à 1.463 m dans le département du Doubs et le Ballon d'Alsace culminant à 1.247 m dans le Territoire de Belfort. Les principaux cours d'eau navigables sont la Saône et le Doubs. La Loire traverse le sud-ouest de la région au niveau de Nevers et la Seine y prend sa source en Côte-d'Or.